一种双膨胀机空分装置及空分系统的制作方法

本实用新型涉及深冷空分装置技术领域，具体而言，涉及一种双膨胀机空分装置及空分系统。

背景技术：

空分装置产品的构成限制了装置的能耗，空分预处理相对比较复杂，宜采用较为简洁方式降低能耗。空分装置属于深冷装置及冷量的产生需要消耗很大的能量，普冷的制冷系数一般可达4以上，而深冷一般约为0.16，节约制冷功耗可以在深冷领域大幅度降低能耗。

对于内压缩空分尤其较高压力的内压缩空分，液体泵的功耗很大，要求制冷量很大，而膨胀空气进低压塔流程由于对精馏的影响导致制冷量有限，不能满足需求，通常采用膨胀空气进压力塔，不能充分利用空分的精馏，从而导致能耗较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种双膨胀机空分装置，旨在充分利用精馏，降低装置综合能耗。

本实用新型的另一目的在于提供一种空分系统，其能够在空分过程中充分利用空分的精馏，且能够满足制冷量大的工艺过程。

本实用新型是这样实现的：

一种双膨胀机空分装置，包括第一换热器、压力膨胀机、低压膨胀机和压力塔，压力膨胀机和低压膨胀机均与第一换热器的出口连通，压力膨胀机的出口与压力塔连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，双膨胀机空分装置还包括低压塔，低压膨胀机的出口与低压塔连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，双膨胀机空分装置还包括第二换热器，低压膨胀机的出口与第二换热器的进口连通，第二换热器的出口与低压塔的进口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，压力塔上设置有氮源出口，氮源出口与低压膨胀机的进口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，氮源出口与第一换热器的进口连通，第一换热器的出口与低压膨胀机的进口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，氮源出口设置于压力塔的塔顶。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，氮源出口设置于压力塔的中部。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，低压膨胀机的出口与第一换热器的进口连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第一换热器为分置式或合置式。

一种空分系统，包括能量回收装置和上述双膨胀机空分装置，低压膨胀机的输出端与能量回收装置连通。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过上述设计得到的双膨胀机空分装置，通过配备的压力膨胀机输出的膨胀空气进压力塔，且低压膨胀机输出的膨胀空气进低压塔，或是将压力氮或压力污氮进入到低压膨胀机，在投资增加不多的条件下实现了对膨胀量的调节，同时减少对工况的影响，有效降低空分装置的能耗，具有流程优化、实施简单、能耗低，调节灵活、经济效益最大化等优点。本实用新型还提供了一种空分系统，包括上述双膨胀机空分装置，可以在产品构成受限制的情况下，充分利用精馏，采用膨胀机降低装置的综合能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型第一实施例提供的双膨胀机空分装置的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施例提供的双膨胀机空分装置的结构示意图；

图3是本实用新型第三实施例提供的双膨胀机空分装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的空分系统的结构示意图。

图标：100a-双膨胀机空分装置；100b-双膨胀机空分装置；100c-双膨胀机空分装置；200-能量回收装置；300-空分系统；110-第一换热器；120-低压膨胀机；130-压力膨胀机；140-低压塔；150-压力塔；152-氮源出口；160-第二换热器。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

第一实施例

请参照图1，本实用新型提供了一种双膨胀机空分装置100a，包括第一换热器110、压力膨胀机130、低压膨胀机120和压力塔150，压力膨胀机130和低压膨胀机120均与第一换热器110的出口连通，压力膨胀机130的出口与压力塔150连通。

进一步地，双膨胀机空分装置100a还包括低压塔140，低压膨胀机120的出口与低压塔140连通，这样经低压膨胀机120处理的膨胀气就进入低压塔140，进行精馏过程。

需要说明的是，通过增设膨胀机，将低压膨胀机120的膨胀空气通入低压塔140，充分利用了拉夫曼效应，可以充分利用精馏过程，在不显著影响产品氧、氩的收率情况下，增加了制冷量。当低温液体的需求量增加很大时，可以减少压力膨胀机130的制冷量增加液体产量，从而降低压缩机的功率。

具体地，典型的40000Nm³/h煤化工空分装置一般采用压力膨胀机130，本实用新型中增加了低压膨胀机120，将低压膨胀机120的膨胀气送入低压塔140，将压力膨胀机130的膨胀气送入压力塔150，一般可产生约250KW的制冷量，可增加1000Nm³/h的液体产量，经过工艺优化后制冷量和液体产量的增加会更加明显。因此，双膨胀机空分装置100a可以适用于内压缩泵的功率很大或液体量很大的内压缩空分装置，若无需过多液体可降低压力膨胀的制冷量达到降低能耗的目的。

需要说明的是，低压膨胀机120处理的膨胀气也可以不进入低压塔140，而是采用其他方式利用低压膨胀机120进行提高整个空分装置的制冷量和液体产量，具体请参照其他实施方式。此外，第一换热器为分置式或合置式，膨胀机的物料来源的第一换热器110的形式不限，可以是分置也可以是组合在一起的。

具体地，低压塔140和压力塔150均用于对气体进行精馏，在低压塔140的塔顶分离出氮气。压力膨胀机130和低压膨胀机120均与第一换热器110的出口连通，但并不是与第一换热器110同一出口连通。第一换热器110具有多个出口，可以进行压力的调节，将压力不同的气体输出，要根据具体的工艺条件进行设置。

具体地，双膨胀机空分装置100a的其他系统，如动力系统、净化系统均和现有的空分装置的结构和工作原理相同，以使得整个空分装置能够正常运转，在本实用新型中对于其他装置不做过多赘述，只是针对改进点进行详细的阐述。

第二实施例

请参照图2，本实用新型实施例提供了一种双膨胀机空分装置100b，其实现原理和第一实施例相似，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。不同之处在于，本实施例中提供的双膨胀机空分装置100b增设了第二换热器160。

具体地，双膨胀机空分装置100a还包括第二换热器160，低压膨胀机120的出口与第二换热器160的进口连通，第二换热器160的出口与低压塔140的进口连通。对于带氩或粗氩的系统，在不影响低压膨胀的同时第二换热器160可以对低压膨胀机120输出的气体进行一定程度的降温，可以降低低压膨胀进塔的过热度，进一步提升低压膨胀量。

进一步地，为整个空分装置提供动力的压缩机可以采用增压压缩机，可以大大减少压力膨胀机130的流量，从而大大节约压力膨胀机130的流量，从而节约压力膨胀的制冷动力。具体地，对于一套15000Nm³/h液体量较大的空分装置，增加低压膨胀机120，空气压缩机排压可降低200KPa以上，可节约5-7％的能耗约650KW的动力消耗。

第三实施例

请参照图3，本实用新型实施例提供了一种双膨胀机空分装置100c，其实现原理和第一实施例相似，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。不同之处在于，本实施例中提供的双膨胀机空分装置100c的压力塔150上设置有氮源出口152，氮源出口152与低压膨胀机120的进口连通。

需要说明的是，本实施例中的双膨胀机空分装置100c将来自压力塔150的氮源膨胀，在不显著影响产品氧、氩的收率情况下，增加了辅助制冷量，同时有利于回收能量，降低设备的成本或难度，降低主动力装置的消耗。

具体地，氮源出口152设置于压力塔150的塔顶或中部。氮源出口152设置在压力塔150的塔顶，用于将纯氮进行输出进入低压膨胀机120进行膨胀。氮源出口152设置在压力塔150的中部，用于将污氮进行输出进入低压膨胀机120进行膨胀。污氮为氮气中混杂有少量的氧气杂质，氮源出口152同样可以设置在压力塔150除塔顶外的其他部位用于输出污氮。

进一步地，氮源出口152与第一换热器110的进口连通，第一换热器110的出口与低压膨胀机120的进口连通。将从压力塔150中输出的纯氮或污氮经过第一换热器110复热后再进入低压膨胀机120膨胀，有助于增加双膨胀机空分装置100c的制冷量并提高能量利用率。

需要说明的是，在其他实施方式中氮源出口152可以直接与低压膨胀机120的进口连通，而不经过第一换热器110复热。

进一步地，低压膨胀机120的出口与第一换热器110的进口连通。从压力塔150中输出的纯氮或污氮经过第一换热器110复热后再进入低压膨胀机120膨胀，然后再从低压膨胀机120输出的膨胀气再返回第一换热器110进行复热，可以有效提高能源的利用率，由第一换热器110进行再次复热的气体从第一换热器110的冷料出口排出进行收集。

请参照图4，本实用新型还提供了一种空分系统300，包括能量回收装置200和上述双膨胀机空分装置，低压膨胀机120的输出端与能量回收装置200连通。可以在产品构成受限制的情况下，充分利用精馏，采用膨胀机降低装置的综合能耗，具有流程优化、实施简单能耗低，调节灵活、经济效益最大化等优点。

具体地，能量回收装置200是将低压膨胀机120输出的能量进行利用，可以为制冷装置、发电装置或用于对其他气体进行驱动或增压的装置，提高了能量利用率。双膨胀机空分装置可以为第一实施例、第二实施例或第三实施例中的的双膨胀机空分装置。

综上所述，本实用新型提供了一种双膨胀机空分装置，通过增设低压膨胀机，将低压膨胀机120的膨胀气送入低压塔，将压力膨胀机的膨胀气送入压力塔，增加了空分装置的制冷量和液体产量；第二换热器可以对低压膨胀机输出的气体进行一定程度的降温，可以降低低压膨胀进塔的过热度，进一步提升低压膨胀量；将来自压力塔的氮源膨胀，可以显著提升带压力膨胀机的空分装置的制冷量，同时有利于回收能量，降低设备的成本或难度，降低主动力装置的消耗。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。